Investigación: diseño de celdas solares inspirado en la evolución


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El potencial energético del sol es conocido por todos, pero es también conocido que su explotación tiene ciertas limitaciones debido a los gastos necesarios para tal efecto. Tomar electricidad desde celdas solares es en realidad muy costoso y se puede tener un estimado de su valor solo al saber que uno podría fácilmente invertir 10 veces más de lo que gasta en carbón para generar electricidad. En los países en desarrollo esta idea aún puede parecer lejos de ser una realidad, pero las naciones ricas están invirtiendo fuertemente en su investigación y desarrollo.

Hoy en día, las celdas solares de polímeros son utilizadas para recolectar la energía producida por el sol, utilizando materiales orgánicos para absorber la luz y convertirla en electricidad. Sin embargo, según un sector de la comunidad científica, las propiedades actuales para generar electricidad por medio de energía solar no son muy eficientes o innovadoras.

En una investigación científica reciente en la Universidad Northwestern en Estados Unidos, los investigadores han hecho esfuerzos para incrementar la eficiencia de los polímeros, cimentados en el algoritmo de búsqueda matemático base de la evolución. En este experimento los científicos han tratado de diseñar un patrón para la capa de polímeros de una forma geométrica, con el fin de incrementar el tiempo en que la luz permanece dentro de la celda.

Este patrón retiene la luz durante una cantidad de tiempo óptima dentro de la celda solar orgánica, lo que ha demostrado tres mejoras en los resultados al momento de atrapar la luz en comparación con los métodos convencionales utilizados en celdas solares. El nuevo patrón de retención de luz en delgadas celdas solares orgánicas podría ser fabricado en un futuro cercano en el Laboratorio Nacional Argonne.

En este método basado en algoritmos, la luz entra atravesando una capa de patrones geométricamente distribuidos con un espesor de 100 nanómetros. La capa dieléctrica está diseñada con el fin de incrementar la luz que se transmite hacia la celda y después de atravesar la capa frontal, la luz pasa a la capa activa donde es convertida en electricidad.

Este nuevo descubrimiento ha sido puesto a prueba bajo el límite teórico de eficiencia, el cual es el límite termodinámico que describe la duración en la que un fotón puede ser retenido en un semiconductor. Este patrón fue diseñado en el año 1980 y desde entonces se ha convertido en un referente mundial para la conversión de energía solar en electricidad.

El estudio bajo el nombre de “Highly Efficient Light-Trapping Structure Design Inspired by Natural Evolution” fue publicado el 3 de enero de este año en la revista Scientific Reports, una publicación de Nature.

Según Cheng Sun, profesor asistente en Ingeniería Mecánica de la Universidad Northwestern, los investigadores quisieron establecer un patrón geométrico con el fin de obtener la máxima retención de luz y así, tomó dirección a partir de las leyes de selección natural. Cheng Sun es el coautor del estudio.

Según Wei Chen, profesora de Ingeniería Mecánica y Diseño de la Escuela de Ingeniería McCormick en la Universidad Northwestern, la investigación incluyó principios evolutivos de cruce y mutación genética. También afirmó que este proceso trabaja de la misma manera que el proceso de la evolución, que se trata de la supervivencia del más apto, además de requerir un enfoque apropiado debido a la irregularidad en el comportamiento de los sistemas.

Este nuevo patrón de dispersión de luz podría ser un método menos costoso para la creación de electricidad a partir de la energía solar. En vez de incrementar el espesor de la capa de polímeros, los investigadores han analizado otras posibilidades que incluyen el uso del algoritmo de búsqueda matemático basado en procedimientos de evolución natural. Inicialmente (en los 80s) los científicos hicieron esfuerzos con muchos otros patrones de diseño en las capas, los cuales mejoraron el rendimiento en la retención de luz, pero después de varias generaciones de experimentos, estos pueden haber encontrado uno que se asemeje a la forma en que evolucionamos.

Silvio Sánchez

Soy la fundadora de TodoSalud.co, una estudiante de enfermería apasionada con la salud y la comunicación. Puedes seguirme en youtube, donde subo videos sobre maternidad; tambien en Instagram y Facebook :)